DE19605668C1

DE19605668C1 - Ferroelectric constructional element

Info

Publication number: DE19605668C1
Application number: DE19605668A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr Bruchhaus; Wolfram Dipl Phys Wersing
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-02-15
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 1997-03-27
Anticipated expiration: 2016-02-16
Also published as: GB2310318A; GB2310318B; GB9703089D0

Abstract

Ferroelectric constructional element comprises: (a) an amorphous membrane layer (MS); (b) an intermediate layer (ZS); (c) a 1st electrode layer (E); (d) a ferroelectric layer (FS); and (e) a 2nd electrode layer (E'). Prodn. of the element is also claimed, in which: (i) an amorphous membrane layer (MS) is produced on a substrate (S); (ii) an intermediate layer (ZS) having crystallographic structure is deposited on the membrane layer (MS) so that the layer is parallel to the substrate surface; and (iii) further orientated layers are deposited on the intermediate layer (ZS), and comprising a 1st electrode layer (E) made of Pt and electrically conducting La/Sr cobaltates, and a ferroelectric layer (FS).

Description

Ferroelektrisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung.Ferroelectric device and manufacturing method.

Ein Ferroelektrisches Bauelement ist z. B. ein Pyrodetektor. Dieser besteht aus einer aktiven Sensorschicht aus einem py roelektrischen Material, welche beidseitig mit einer Elektro de versehen ist. Als pyroelektrische Materialien werden bei spielsweise Perowskite aus der Familie der Bleititanate oder organische Pyroelektrika wie Polyvinylidenfluorid (PVDF) ver wendet. Eine dauerhafte Polarisierung der Sensorschicht kann in einem starken elektrischen Feld erfolgen oder stellt sich beim Aufwachsen des Pyroelektrikums von selbst ein.A ferroelectric device is e.g. B. a pyrodetector. This consists of an active sensor layer made of a py Roelectric material, which is covered on both sides with an electric de is provided. As pyroelectric materials at for example perovskites from the family of lead titanates or organic pyroelectrics such as polyvinylidene fluoride (PVDF) ver turns. Permanent polarization of the sensor layer can occur in a strong electrical field or arises when the pyroelectric grows up.

Durch Absorption von infraroter Strahlung und der dadurch be wirkten Temperaturerhöhung reagiert die aktive Sensorschicht eines Pyrodetektors mit dem Aufbau einer an den Elektroden ablesbaren elektrischen Spannung. Um bei einer gegebenen Strahlung ein maximales Meßsignal zu erhalten, müssen die py roelektrischen Eigenschaften der Sensorschicht und insbeson dere der pyroelektrische Koeffizient optimiert werden. Dies läßt sich mit einer orientierten oder gar monokristallinen pyroelektrischen Schicht erreichen.By absorption of infrared radiation and the resulting be The active sensor layer reacts when the temperature rises a pyrodetector with the structure of one on the electrodes readable electrical voltage. To at a given Radiation to get a maximum measurement signal, the py Roelectric properties of the sensor layer and in particular the pyroelectric coefficient can be optimized. This can be with an oriented or even monocrystalline reach pyroelectric layer.

Ein schnelles und leichtes Ansprechen wird erreicht, wenn der Pyrodetektor eine nur geringe Wärmekapazität besitzt. Dies erfolgt üblicherweise durch Reduzierung der Schichtdicken des Pyroelektrikums und durch Rückätzen des Substrats bis auf ei ne Membran, auf der das Detektorelement aufgebaut wird. Eine weitere Steigerung der Empfindlichkeit kann erzielt werden, wenn eine Auslese- und -verstärkerschaltung zur Auswertung des Meßsignals ohne großen verdrahtungsaufwand an das Detektore lement angeschlossen werden kann oder noch besser zusammen mit dem Detektorelement in einem einzigen Bauelement inte griert ist. A quick and easy response is achieved when the Pyrodetector has only a small heat capacity. This is usually done by reducing the layer thickness of the Pyroelectric and by etching back the substrate to egg ne membrane on which the detector element is built. A further increase in sensitivity can be achieved if a readout and amplifier circuit for evaluating the Measurement signal to the detectors without much wiring lement can be connected or even better together inte with the detector element in a single component is free.

Ein weiteres Problem existiert bei der Herstellung integrier ter Pyrodetektorarrays, bei denen auf einem Bauelement eine Vielzahl von Detektorelementen integriert ist, um damit ein Wärmebild einer IR-Quelle zu erzeugen. Ein solches Pyrodetek torarray muß zusätzlich auf eine möglichst hohe Packungsdich te der einzelnen Detektorelemente optimiert sein, um ein Wär mebild mit einer besseren Auflösung zu erhalten.Another problem exists in the manufacture of integrators ter pyrodetector arrays, in which a Variety of detector elements is integrated to make one Generate thermal image of an IR source. Such a pyrodetek Torarray must also have the highest possible packing te of the individual detector elements can be optimized to a heat to get me picture with a better resolution.

Ein Pyrodetektorarray mit einer C-achsenorientierten aktiven Sensorschicht ist aus einem Artikel von R. Takayama et al, "<Pyroelectric Infrared Array Sensors Made Of c-Axis-oriented La-Modified PbTiO₃ Thin Films", Sensors and Actuators, A21 bis A23, pp 508 bis 512 (1990) bekannt. Die dort beschriebene Sensorschicht besteht aus mit Lanthan modifizierten Bleitita nat-Dünnschichten (PLT), die über einem Magnesiumoxideinkri stall als Substrat orientiert aufgewachsen sind. In einem späteren Verfahrens schritt wird die PLT-Schicht durch Rückät zen des Magnesiumoxidsubstrats freigelegt und von unten mit einer Elektrode beschichtet.A pyrodetector array with a C-axis active Sensor layer is from an article by R. Takayama et al, "<Pyroelectric Infrared Array Sensors Made Of c-Axis-oriented La-Modified PbTiO₃ Thin Films ", Sensors and Actuators, A21 to A23, pp 508 to 512 (1990). The one described there Sensor layer consists of leadant modified with lanthanum nat thin films (PLT) over a magnesium oxide single layer stall grew up as a substrate. In one later process step is the PLT layer by Rückät Zen of the magnesium oxide substrate exposed and from below with an electrode coated.

Aus der DE-A 43 23 821 ist ein integriertes Pyrodetektorele ment bekannt, bei dem über einem [100]-Siliziumsubstrat zu nächst orientierte Bufferschichten (Membranschichten) und darüber orientierte Elektroden- und aktive Sensorschichten abgeschieden werden. Die erforderlichen Auslese- und Auswer teschaltungen können direkt in das Substrat unterhalb der Bufferschichten integriert werden.DE-A 43 23 821 is an integrated pyrodetector element ment known in which over a [100] silicon substrate next oriented buffer layers (membrane layers) and electrode and active sensor layers oriented above be deposited. The required selection and evaluation circuits can be built directly into the substrate below the Buffer layers are integrated.

Nachteilig an den genannten Pyrodetektoren mit orientierten ferroelektrischen bzw. pyroelektrischen Schichten ist das Er fordernis, daß bei der Herstellung ausschließlich monokri stalline oder zumindest orientierte Schichten Verwendung fin den können. Eine für die Bauelemente selbst vorteilhafte dün ne Membranschicht aus amorphem Siliziumoxid und/oder -Nitrid (vgl. zum Beispiel Sensors and Actuators A45, 1994, S. 209 bis 218) ist daher für die bekannten Pyrodetektoren mit ori entierten ferroelektrischen Schichten nicht geeignet.A disadvantage of the mentioned pyrodetectors with oriented ferroelectric or pyroelectric layers is the Er requirement that only monocr stalline or at least oriented layers use fin that can. A thin advantageous for the components themselves ne membrane layer made of amorphous silicon oxide and / or nitride (see for example Sensors and Actuators A45, 1994, Pp. 209 to 218) is therefore for the known pyrodetectors with ori ferroelectric layers are not suitable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein ferro elektrisches Bauelement anzugeben, welches auf einer amorphen Membranschicht aufgebaut ist und dennoch eine orientierte ferroelektrische Schicht mit guten pyroelektrischen Eigen schaften besitzt.The object of the present invention is therefore a ferro specify electrical component, which is on an amorphous Membrane layer is built up and still an oriented ferroelectric layer with good pyroelectric properties owns.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein ferro elektrisches Bauelement mit den Merkmalen von Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zur Herstellung des Bauelements gehen aus den übrigen Ansprüchen hervor.This object is achieved by a ferro Electrical component with the features of claim 1. Further refinements of the invention and a method for Manufacture of the component go from the remaining claims forth.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß sich be stimmte Materialien unter definierten Bedingungen in dünnen Schichten so abscheiden lassen, daß sich deren kristallogra phische Schicht ebenen parallel zur Substratoberfläche orien tieren. Ein solches Material kann dann als Zwischenschicht über einer amorphen Trägerschicht dienen und ermöglicht dar über den Aufbau eines ferroelektrischen Bauelements mit ori entierter erster Elektrodenschicht und orientierter ferro elektrischer Schicht. Auf diese Weise wird ein ferroelektri sches Bauelement erhalten, welches erstmals eine mechanisch stabile, elektrisch isolierende und gut freiätzbare amorphe Membranschicht mit den guten pyroelektrischen Eigenschaften einer orientierten ferroelektrischen Schicht verbindet. Wird das Bauelement außerdem noch über einem kristallinen und bei spielsweise aus Silizium bestehenden Substrat aufgebaut, kann das erfindungsgemäße Bauelement als hochintegriertes Pyrode tektorarray ausgeführt werden. Der hohe pyroelektrische Koef fizient der orientierten ferroelektrischen Schicht ergibt auch bei kleiner Detektorfläche ein ausreichendes Meßsignal. Die amorphe Membran erlaubt ein spezifisches Rückätzen bis auf die Membran, die dann als Ätzbarriere dienen kann. Da durch können die einzelnen Detektorelemente durch Ätzen von Zwischenräumen in der pyroelektrischhen Schicht elektrisch und thermisch voneinander getrennt werden, so daß ein Über sprechen zwischen benachbarten Elementen stark reduziert wird. Auf der anderen Seite kann unterhalb des Pyrodetektore lementes das Substrat zurückgeätzt oder vollständig entfernt werden, um die Wärmekapazität des einzelnen Detektorelements zu reduzieren und außerdem die Wärmebrücke und damit das Übersprechen zu verringern.The invention takes advantage of the knowledge that be agreed materials under defined conditions in thin Layers can be deposited so that their crystallographic phical layer orien parallel to the substrate surface animals. Such a material can then be used as an intermediate layer serve over an amorphous carrier layer and enables on the construction of a ferroelectric device with ori first electrode layer and oriented ferro electrical layer. In this way, a ferroelectric received component, which is the first mechanical stable, electrically insulating and easily etchable amorphous Membrane layer with good pyroelectric properties an oriented ferroelectric layer. Becomes the device also over a crystalline and at built up of silicon, for example, can the component according to the invention as a highly integrated pyrode tector array. The high pyroelectric Koef efficient of the oriented ferroelectric layer A sufficient measurement signal even with a small detector area. The amorphous membrane allows a specific etch back to on the membrane, which can then serve as an etching barrier. There through the individual detector elements by etching Gaps in the pyroelectric layer are electrical and thermally separated from each other, so that an over speak greatly reduced between neighboring elements becomes. On the other hand, below the pyrodetector lementes etched back the substrate or completely removed to the heat capacity of each detector element to reduce and also the thermal bridge and thus that Reduce crosstalk.

Für ein einzelnes Bauelement kann ein beliebiges Substrat verwendet werden, zum Beispiel eine Keramik, ein Halbleiter oder auch Glas. Sind jedoch mehrere ferroelektrische Bauele mente auf einem integrierten Bauelement angeordnet, bei spielsweise in einem Pyrodetektorarray, wird vorzugsweise ein Halbleitersubstrat verwendet. Im Substrat können dann Ausle se- und Auswerteschaltungen integriert werden. So können hochintegrierte Bauelemente in einfacher Weise und mit wenig Verdrahtungsaufwand hergestellt werden, die außerdem ein schnelles Messen und damit eine hohe Meßfrequenz ermöglichen.Any substrate can be used for a single component can be used, for example a ceramic, a semiconductor or glass. However, there are several ferroelectric components elements arranged on an integrated component, at for example in a pyrodetector array, is preferably a Semiconductor substrate used. Ausle se and evaluation circuits are integrated. So can highly integrated components in a simple manner and with little Wiring effort is made, which is also a enable rapid measurement and thus a high measurement frequency.

Die amorphe Trägerschicht besteht zum Beispiel aus Siliziu moxid und/oder Siliziumnitrid. Eine bevorzugte Membran be steht aus einer Dreifachschicht, die eine Siliziumnitrid schicht, eine Siliziumoxidschicht und eine weitere Silizium nitridschicht umfaßt. Bei optimalen Schichtdickenverhältnis sen lassen sich in dieser Dreifachschicht unterschiedliche Zug- und Druckspannungen so ausgleichen, daß für die gesamte Membran bzw. für die Dreifachschicht keinerlei Gesamtspannung resultiert.The amorphous carrier layer consists, for example, of silicon moxide and / or silicon nitride. A preferred membrane consists of a triple layer, which is a silicon nitride layer, a silicon oxide layer and another silicon comprises nitride layer. With optimal layer thickness ratio This triple layer can be different Compensate tensile and compressive stresses so that for the entire Membrane or for the triple layer no total tension results.

Die Zwischenschicht besteht aus einem Material, welches ent weder eine schichtartige Kristallstruktur besitzt, oder wel ches sich unter geeigneten Abscheidebedingungen orientiert aufwachsen läßt. Solche Bedingungen können insbesondere in Plasmaprozessen eingestellt werden, bei denen die Plasmaab scheidung "im Gleichgewicht" mit dem entsprechenden Plas maätzprozeß steht, der durch den Beschuß der wachsenden Schicht mit Teilchen aus dem Plasma hervorgerufen wird. Wer den die Abscheidebedingungen so eingestellt, daß der Plasma abscheideprozeß gerade eben überwiegt, so wachsen vorzugswei se solche Kristalle, die gegenüber der vorzugsweise anisotro pen Plasmaätzung die niedrigste Ätzrate zeigen. Ein Beispiel für ein solches Material ist stabilisiertes Zirkoniumoxid, welches unter den genannten Bedingungen vorzugsweise so auf wächst, daß die [002]-Kristallebene parallel zur Substrat oberfläche orientiert ist. Auf eine solche orientierte Zirko niumoxidschicht lassen sich dann weitere orientierte Schich ten einschließlich einer orientierten ersten Elektroden schicht und der orientierten ferroelektrischen Schicht auf wachsen. Als Beispiel für ein Material mit schichtartiger Kristallstruktur seien hier die auch als Hochtemperatursupra leiter bekannten kupferhaltigen Mischoxide genannt, bei spielsweise Yttriumbariumkupferoxid (YBaCuO).The intermediate layer consists of a material which ent has neither a layered crystal structure, nor wel ches oriented under suitable separation conditions lets grow up. Such conditions can in particular Plasma processes are set in which the plasma ab divorce "in balance" with the corresponding Plas Maätz process stands by the bombardment of the growing Layer with particles from the plasma is caused. Who which set the deposition conditions so that the plasma separation process just prevails, so prefer to grow se such crystals, which are preferably anisotropic pen plasma etching show the lowest etching rate. An example for such a material is stabilized zirconium oxide, which is preferably so under the conditions mentioned grows that the [002] crystal plane parallel to the substrate surface is oriented. On such an oriented zirco layer can then be further oriented layer including an oriented first electrode layer and the oriented ferroelectric layer to grow. As an example of a layered material Here, the crystal structure is also used as a high-temperature supra known copper-containing mixed oxides, at for example yttrium barium copper oxide (YBaCuO).

Auf dieser Zwischenschicht kann nun direkt eine Elektroden schicht orientiert aufgewachsen werden. Möglich ist es jedoch auch, auf der Zwischenschicht zunächst eine weitere Anpas sungsschicht orientiert abzuscheiden, um eine bessere Git teranpassung von Zwischenschicht und erster Elektrodenschicht zu erreichen. Für solche Anpassungsschichten sind insbesonde re solche orientiert aufwachsenden Schichten geeignet, die die für die ferroelektrische Schicht günstige [200]-Kristallstruktur besitzen.An electrode can now be placed directly on this intermediate layer growing up in a layer-oriented manner. However, it is possible also, another adaptation on the intermediate layer deposit layer oriented in order to achieve a better git adaptation of the intermediate layer and the first electrode layer to reach. For such adjustment layers are in particular re such oriented growing layers are suitable, the the most favorable for the ferroelectric layer Have [200] crystal structure.

Als Anpassungsschicht über einer Zwischenschicht aus orien tiert aufgewachsenem Zirkoniumoxid (YSZ) ist beispielsweise eine [200]-orientierte Magnesiumoxidschicht oder das bereits genannte Yttriumbariumkupferoxid geeignet.As an adaptation layer over an intermediate layer of orien zirconium oxide (YSZ), for example a [200] oriented magnesium oxide layer or that already called yttrium barium copper oxide suitable.

Die erste Elektrodenschicht wird direkt auf der Zwischen schicht oder auf einer gegebenenfalls vorhandenen Anpassungs schicht aufgebracht. In vorteilhafter [200]-Orientierung läßt sich beispielsweise Platin aufbringen, das im erfindungsgemä ßen ferroelektrischen Bauelement daher besonders gut für die erste Elektrodenschicht geeignet ist. Möglich ist es auch, elektrisch leitende Perowskite aus der Klasse der Cobaltate zu verwenden. The first electrode layer is directly on the intermediate layer or on any existing adjustment layer applied. In an advantageous [200] orientation apply platinum, for example, in the invention ß ferroelectric component therefore particularly good for first electrode layer is suitable. It is also possible electrically conductive perovskites from the cobaltate class to use.

Über der orientierten ersten Elektrodenschicht läßt sich eine orientierte ferroelektrische Schicht aufwachsen. Für die fer roelektrische Schicht geeignete Materialien sind aus der Ma terialfamilie der bleihaltigen Perowskite ausgewählt, insbe sondere der Titanate oder Zirkonattitanate. Diese ferroelek trische Schicht wächst auf der orientierten Elektrodenschicht ebenfalls mit [200]-Orientierung auf, wobei sich die kristal lographische C-Achse senkrecht zur Substratoberfläche aus richtet.One can be placed over the oriented first electrode layer oriented ferroelectric layer growing up. For the fer Roelectric layer suitable materials are from the Ma material family of leaded perovskites selected, esp especially the titanates or zirconate titanates. This ferroelek trical layer grows on the oriented electrode layer also with [200] orientation, whereby the kristal lographic C-axis perpendicular to the substrate surface judges.

Das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bauele ments wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen und der da zugehörigen zwei Figuren näher erläutert.The process for producing the component according to the invention ment is based on two embodiments and there associated two figures explained in more detail.

Die Figuren stellen die beiden Ausführungsbeispiele anhand schematischer Querschnitte durch den Schichtaufbau dar.The figures illustrate the two exemplary embodiments schematic cross sections through the layer structure.

Erstes Ausführungsbeispiel (siehe auch Fig. 1):
Auf einem Substrat, hier ein [100]-orientierter Siliziumwafer S, wird eine amorphe Membranschicht MS erzeugt. Im Ausfüh rungsbeispiel wird dazu eine Dreifachschicht aufgebracht mit der Schichtreihenfolge Siliziumnitrid/Siliziumoxid/Silizium nitrid. Die gesamte Membranschicht (Dreifachschicht) wird in einer Dicke von ca. 1 µm mit gängigen Dünnschichtverfahren abgeschieden. Die Schichtdicken der Einzelschichten der Drei fachschicht sind dabei so optimiert, daß insgesamt eine zug- und druckspannungsfreie Membranschicht MS entsteht.First embodiment (see also FIG. 1):
An amorphous membrane layer MS is produced on a substrate, here a [100] -oriented silicon wafer S. In the exemplary embodiment, a triple layer is applied with the layer sequence silicon nitride / silicon oxide / silicon nitride. The entire membrane layer (triple layer) is deposited in a thickness of approx. 1 µm using common thin-film processes. The layer thicknesses of the individual layers of the triple layer are optimized so that overall a tensile and compressive stress-free membrane layer MS is created.

Darüber wird nun eine Zwischenschicht ZS1 orientiert abge schieden. Als ausgewähltes Material dient (voll-) stabili siertes Zirkoniumoxid YSZ. Die Zwischenschicht ZS1 wird mit an sich bekannten Dünnschichtverfahren aufgebracht, wobei die Abscheidebedingungen so eingestellt werden, daß ein selekti ves Wachstum von [002]-orientierten Kristalliten erfolgt. Da zu kann beispielsweise RF-Sputtern verwendet werden, wobei die Substrattemperatur bei 400 bis 650°C und vorzugsweise bei ca. 600°C gehalten wird. Es wird ein polykristallines Target verwendet und in einer Atmosphäre von 90 Prozent Argon und 10 Prozent Sauerstoff gearbeitet. Ein ähnliches Verfahren ist beispielsweise von einem Artikel von A. K. Stamper et al in J. Appl. Phys. 70 (4), 15. August 1991, Seiten 2046 bis 2051, bekannt. Die Zwischenschicht ZS1 wird in einer Dicke abge schieden, die ausreichend Strukturinformation für nachfolgen de orientierte Abscheideprozesse zur Verfügung stellt. Es sind dazu ca. 50 nm ausreichend.An intermediate layer ZS1 is now oriented over it divorced. The selected material is (fully) stabili zirconium oxide YSZ. The intermediate layer ZS1 is with applied to known thin-film processes, the Separation conditions are set so that a selective ves growth of [002] -oriented crystallites takes place. There For example, RF sputtering can be used the substrate temperature at 400 to 650 ° C and preferably at 600 ° C is maintained. It becomes a polycrystalline target used and in an atmosphere of 90 percent argon and 10 Percent worked oxygen. A similar process is for example from an article by A.K. Stamper et al in J. Appl. Phys. 70 (4), August 15, 1991, pages 2046 to 2051, known. The intermediate layer ZS1 is abge in a thickness who have sufficient structural information to succeed de oriented deposition processes. It about 50 nm are sufficient.

Ein weiteres Verfahren zum selektiven Abscheiden einer [200]-orientierten YSZ-Schicht ist aus einem Artikel von N. Sonnen berg et al in J. Appl. Phys. 74(2), 15 July 1993, Seiten 1027 bis 1034 bekannt. Dabei wird ein Ionenstrahl unterstütztes Aufdampfverfahren (IBAD) auf ein ca. 600°C heißes Glas substrat eingesetzt.Another method of selectively separating one [200] -oriented YSZ layer is from an article by N. Sonnen berg et al in J. Appl. Phys. 74 (2), July 15, 1993, pages 1027 known until 1034. An ion beam is supported Evaporation process (IBAD) on a glass that is approx. 600 ° C hot substrate used.

Über der Zwischenschicht ZS1 wird nun eine weitere, orien tiert aufwachsende und gitterangepaßte Anpassungsschicht AS1 abgeschieden. Im Ausführungsbeispiel wird dazu eine [200]-orientierte Magnesiumoxidschicht in einer Dicke von ca. 50 nm aufgebracht.Another, orien is now over the intermediate layer ZS1 growing and lattice-adapted adaptation layer AS1 deposited. In the exemplary embodiment, a [200] -oriented magnesium oxide layer with a thickness of approx. 50 nm upset.

Über der Anpassungsschicht AS1 wird nun die erste Elektroden schicht E1 abgeschieden. Als dafür geeignetes Elektrodenmate rial wird Platin gewählt, welches sich durch Aufdampfen oder Aufsputtern in [200]-Orientierung aufbringen läßt. Es wird in einer Dicke von maximal 50 nm abgeschieden. Über der orien tierten Elektrodenschicht E1 wächst nun unter geeigneten Her stellbedingungen die ferroelektrische Schicht FS1 orientiert so auf, daß die C-Achse senkrecht zur Substratoberfläche steht. Dies entspricht einer [001]-Orientierung. Als Material wird reines oder geeignet dotiertes Bleititanat verwendet.The first electrodes are now placed over the adaptation layer AS1 layer E1 deposited. As a suitable electrode mat Platinum is chosen, which can be obtained by vapor deposition or Sputtering can be applied in the [200] orientation. It is in deposited with a maximum thickness of 50 nm. About the orien tated electrode layer E1 now grows under suitable manufacturers the ferroelectric layer FS1 oriented so that the C axis is perpendicular to the substrate surface stands. This corresponds to a [001] orientation. As a material pure or appropriately doped lead titanate is used.

Für ein pyroelektrisches Bauelement wird die ferroelektrische Schicht FS1 in einer Dicke von ca. 1 µm abgeschieden. Ab schließend wird eine zweite Elektrodenschicht E′1 erzeugt, für die keine Orientierung und damit keine besonderen Ab scheidebedingungen erforderlich sind.For a pyroelectric component, the ferroelectric Layer FS1 deposited in a thickness of approx. 1 µm. From finally a second electrode layer E'1 is generated, for whom no orientation and therefore no special ab divorce conditions are required.

Zweites Ausführungsbeispiel (siehe auch Fig. 2):
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird über einem Silizium substrat S eine amorphe Membranschicht MS in Form der genann ten Dreifachschicht aufgebracht. Als Zwischenschicht ZS2 wird wieder stabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ) verwendet. In die sem Ausführungsbeispiel kann die Zwischenschicht ZS2 unter Einhaltung der obengenannten Bedingungen orientiert abge schieden werden. Möglich ist es aber auch, die Zwischen schicht ZS2 ohne Orientierung abzuscheiden und diese nur als Bufferschicht für die weitere Anpassungsschicht AS2 zu ver wenden. Als Anpassungsschicht AS2 läßt man Yttriumbariumkup feroxid in einer Dicke von ca. 50 nm aufwachsen. Dabei orien tiert sich die schichtartige Kristallstruktur so, daß die Schichtebenen parallel zur Substratoberfläche orientiert sind. Dies entspricht einer [001]-Orientierung.Second embodiment (see also FIG. 2):
As in the first embodiment, an amorphous membrane layer MS in the form of the triple layer is applied over a silicon substrate S. Stabilized zirconium oxide (YSZ) is again used as the intermediate layer ZS2. In this embodiment, the intermediate layer ZS2 can be deposited oriented in compliance with the above conditions. However, it is also possible to deposit the intermediate layer ZS2 without orientation and to use it only as a buffer layer for the further adaptation layer AS2. As the adaptation layer AS2, yttrium barium copper oxide is grown to a thickness of approximately 50 nm. The layer-like crystal structure is oriented in such a way that the layer planes are oriented parallel to the substrate surface. This corresponds to a [001] orientation.

Von den vielen weiteren geeigneten Materialien seien hier noch schichtartige Materialien genannt, die eine Bi₂O₃-Lagen- Struktur aufweisen wie zum Beispiel Bi₄T₃O₁₂.Of the many other suitable materials are here called layer-like materials that a Bi₂O₃ layer Have structure such as Bi₄T₃O₁₂.

Als weitere Schichten zur Vervollständigung des Bauelements wird eine erste Elektrodenschicht E2, eine ferroelektrische Schicht FS2 und eine zweite Elektrodenschicht E′2 in analoger Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel erzeugt. Auch hier wird eine ferroelektrische Schicht mit der gewünschten Vor zugsorientierung [001] erhalten, die beispielsweise einen ho he pyroelektrischen Koeffizienten aufweist. Das erzeugte Bau element kann daher insbesondere als Pyrodetektor eingesetzt werden.As further layers to complete the component becomes a first electrode layer E2, a ferroelectric Layer FS2 and a second electrode layer E'2 in analog Generated as in the first embodiment. Here too becomes a ferroelectric layer with the desired pre train orientation [001] obtained, for example, a ho he pyroelectric coefficient. The construction created element can therefore be used in particular as a pyrodetector will.

In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels wird di rekt über der orientierten Zwischenschicht ZS1 ohne weitere Anpassungsschicht die erste Elektrodenschicht E1 aufgebracht (in der Figur nicht dargestellt). In einer weiteren Ausfüh rungsvariante wird die erste Elektrodenschicht E1 durch eine elektrisch leitende Lanthan/Strontium-Kobaltatschicht er setzt. Auch über dieser läßt sich eine hochorientierte ferro elektrische Schicht mit [001]-Orientierung abscheiden.In a modification of the first embodiment, di right over the oriented intermediate layer ZS1 without further Adaptation layer applied the first electrode layer E1 (not shown in the figure). In another version The first electrode layer E1 is replaced by a electrically conductive lanthanum / strontium cobaltate layer puts. A highly orientated ferro can also be seen above this deposit electrical layer with [001] orientation.

Die erfindungsgemäßen ferroelektrischen Bauelemente können wie bereits erwähnt als Pyrodetektoren verwendet werden. Mög lich ist es jedoch auch, den piezoelektrischen Effekt von ferroelektrischen Schichten für ein piezoelektrisches Bauele ment zu nutzen. Eine weitere Anwendung nutzt den Hystereseef fekt der mit der Orientierung einhergehenden Polarisierung der ferroelektrischen Schicht. Auf diese Weise läßt sich das ferroelektrische Bauelement auch als Kondensator betreiben, der wiederum zur permanenten Speicherung von Daten geeignet ist. Ein solcher Speicher ist zum Beschreiben geeignet, da sich die Polarisationsrichtung durch Anlegen einer entgegen gesetzten Spannung umkehren läßt. Im Gegensatz zu einem DRAM-Speicher behält eine solche Speicherzelle die eingeschriebene Information, solange keine zur Umpolung ausreichende Gegen spannung angelegt wird. Das erfindungsgemäße ferroelektrische Bauelement ist auch besonders zur Herstellung eines inte grierten Bauelements geeignet, bei dem eine Anzahl mehrerer Einzelelemente auf einem einzigen Substrat integriert herge stellt, strukturiert und verschaltet werden. Das erfindungs gemäße Bauelement erleichtert die Strukturierung, da die amorphe Membran als Ätzstopschicht dienen kann. Die auf der Membran erzeugten orientierten Schichten sind anisotropen Ätzverfahren besser zugänglich als entsprechend unorientierte Schichten. Das Bauelement kann auf einem Siliziumsubstrat aufgebaut werden, wobei zusätzlich zum ferroelektrischen Bau element im Substrat noch gängige Halbleiterschaltungen inte griert werden können.The ferroelectric components according to the invention can as already mentioned can be used as pyrodetectors. Poss However, it is also the piezoelectric effect of ferroelectric layers for a piezoelectric component ment to use. Another application uses the hysteresis ef effect of the polarization associated with the orientation the ferroelectric layer. That way you can operate the ferroelectric component as a capacitor, which in turn is suitable for the permanent storage of data is. Such a memory is suitable for writing because the polarization direction is opposed by applying one reverses the set voltage. In contrast to one Such a memory cell retains the written one in DRAM memory Information as long as there is no counter sufficient to reverse the polarity voltage is applied. The ferroelectric according to the invention The component is also particularly suitable for producing an inte grated component suitable, in which a number of several Individual elements integrated on a single substrate provides, structured and interconnected. The invention The appropriate component facilitates the structuring because the amorphous membrane can serve as an etch stop layer. The one on the Membrane-oriented layers are anisotropic Etching processes more accessible than correspondingly unoriented ones Layers. The device can be on a silicon substrate be built up, in addition to ferroelectric construction element in the substrate still common semiconductor circuits inte can be grated.

Claims

1. Ferroelectric component with

- an amorphous membrane layer (MS)
- at least one oriented intermediate layer (ZS)
- a first oriented electrode layer (E)
- an oriented grown ferroelectric layer (FS) and
- A second electrode layer (E ').

2. Component according to claim 1, a perovskite mate as the ferroelectric layer (FS) rial from the family of lead titanates.

3. Component according to claim 1 or 2, for the electro, which has grown up as a material layer (E) of platinum is provided.

4. Component according to one of claims 1 to 3, in which the intermediate layer (ZS) is selected from stabili zirconium oxide (YSZ), yttrium barium copper oxide (YBaCuO) or Bi₄Ti₃O₁₂.

5. Component according to one of claims 1 to 4, the one between the intermediate layer (ZS) and the first Electrode layer (E) pre-matched an adaptation layer (AS) see is.

6. The component according to claim 5, in the stabilized over an intermediate layer (ZS) Zirconium oxide (YSZ) an adaptation layer (AS) made of magnesium oxide (MgO) or from yttrium barium copper oxide (YBaCuO) see is.

7. Method for producing a ferroelectric component with an oriented ferroelectric layer (FS),

- in which an amorphous membrane layer (MS) is produced on a substrate (S),
- In which an intermediate layer (ZS) with a crystallographic layer structure is deposited on the amorphous membrane layer (MS) in such a way that its layer is oriented parallel to the substrate surface during growth,
- In the above the oriented intermediate layer (ZS) further oriented layers are deposited, which comprise at least a first electrode layer (E), selected from platinum and electrically conductive lanthanum / strontium cobaltates, and a ferroelectric layer (FS).

8. The method according to claim 7, alternatively with yttriumstabili as the intermediate layer (ZS) deposited zirconium oxide (YSZ) with a [200] orientation becomes.

9. The method according to claim 8, where the YSZ interlayer (ZS) by RF sputtering is produced, the substrate temperature at 400 to 650 ° C. is held.

10. The method according to claim 8, in which the YSZ intermediate layer (ZS) by ion beam assisted evaporation is generated, the substrates temperature is kept at 500 to 650 ° C.

11. The method according to any one of claims 7 to 10, at least one more over the intermediate layer (ZS) another adaptation layer (AS) is deposited oriented, which is selected from [200] oriented magnesium oxide and YBaCuO.